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光场调控技术在超快激光加工中的应用

光学学报 2024年

作者：柴源闫跃潇方红华孙洪波清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室

超快激光加工具有加工精度高、材料适用性广和三维非接触加工等特点，在电子工业、医疗器械和科学研究等领域有着重要的应用前景。传统的单点聚焦加工具有亚波长级的加工分辨率，然而受光学系统和高斯模场的限制，激光焦点的形貌和尺寸... 详细信息

超快激光加工具有加工精度高、材料适用性广和三维非接触加工等特点，在电子工业、医疗器械和科学研究等领域有着重要的应用前景。传统的单点聚焦加工具有亚波长级的加工分辨率，然而受光学系统和高斯模场的限制，激光焦点的形貌和尺寸难以满足特定场景下的加工需求。光场调控技术通过改变激光波前振幅、相位、偏振等信息，可以改变焦平面光场分布，实现特种加工。本文简要介绍了光场调控的原理，以及光场调控技术在无衍射光束加工、多焦点并行加工、图案化光场加工、矢量光场加工以及光斑形貌校正等方面的研究进展和应用现状，并对光场调控的问题挑战和未来前景进行展望。

关键词：光场调控超快激光加工无衍射光束图案化光场矢量光场光斑形貌校正

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展（特邀）

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中国激光 2024年第12期 214-234页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室

飞秒激光三维（3D）打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点，在复杂微纳3D结构制造上难以替代，基于双光子聚合打印技术，已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新... 详细信息

飞秒激光三维（3D）打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点，在复杂微纳3D结构制造上难以替代，基于双光子聚合打印技术，已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展，高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性，极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法，从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战，并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料

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一种五轴并联加工单元的参数与刚度优化设计

机械工程学报 2024年第13期 308-315页

作者：何雨镐谢福贵解增辉王金斗刘辛军清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司

大型复杂构件具有尺寸大、结构复杂、局部加工特征多等特点，针对该类构件的高精加工需求，提出了“大范围定位+局部五轴精雕细刻”的原位加工模式，开发了“全向移动平台+高刚度定位机构+高精度五轴并联加工单元”的移动式混联加工机... 详细信息

大型复杂构件具有尺寸大、结构复杂、局部加工特征多等特点，针对该类构件的高精加工需求，提出了“大范围定位+局部五轴精雕细刻”的原位加工模式，开发了“全向移动平台+高刚度定位机构+高精度五轴并联加工单元”的移动式混联加工机器人。该装备的核心部件是末端的五轴并联加工单元，对整机装备的加工性能影响重大。为了进一步提升五轴并联加工单元的运动/力传递性能以及刚度，开展了基于运动/力传递性能评价方法的结构和尺寸参数分层优化和以提升刚度为导向的结构优化。提出了多参数分层优化方法，实现了多结构和尺寸参数优化，使运动/力传递性能相对于参数优化前提高了48.37%；采用虚拟铰链法和有限元法建立了五轴并联加工单元的刚度模型，揭示了各构件刚度对末端刚度的影响规律，辨识出机架为五轴并联加工单元的刚度薄弱环节。建立了基于刚度贡献率的刚度逐级优化方法，并针对机架进行了结构优化，使五轴并联加工单元的刚度提高了63.83%，刚度质量比提高了52.06%。基于上述优化设计结果，设计了运动/力传递性能以及刚度性能更优的五轴并联加工单元，为研发加工性能更优的新一代移动式加工装备奠定了基础。

关键词：五轴并联加工单元运动/力传递性能参数分层优化刚度建模结构优化

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接触式点样机器人及相关技术研究进展

机器人 2007年第2期29卷 179-185页

作者：贾振中宋立滨杨东超陈恳清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所

分模块对现有接触式点样机器人中的机械手布局、接触式点样、点样针清洗和干燥、环境控制及防挥发等技术进行了总结和分析.针对现有仪器中待解决的问题及发展方向提出了几点看法.

关键词：生物芯片做阵列点样接触式点样机器人

基于连续激光器的侧向拉曼散射激光雷达无盲区探测大气水汽技术研究

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光学学报 2024年第12期44卷 320-328页

作者：杨帆高飞李晓莉高雄张城安汪丽闫庆石冬晨辛文辉华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 陕西省现代装备绿色制造协同创新中心陕西西安710048

大气中50%以上的水汽主要存在于海拔2 km以内的低层大气内,而传统振动拉曼散射激光雷达探测大气水汽主要采用基于后向散射的同轴和非同轴平行收发系统结构,系统探测盲区和过渡区限制了其在近地表大气水汽探测方面的有效性。因此,提出一... 详细信息

大气中50%以上的水汽主要存在于海拔2 km以内的低层大气内,而传统振动拉曼散射激光雷达探测大气水汽主要采用基于后向散射的同轴和非同轴平行收发系统结构,系统探测盲区和过渡区限制了其在近地表大气水汽探测方面的有效性。因此,提出一种新型的基于双基地收发系统结构的侧向振动拉曼散射激光雷达探测技术,通过俯仰转动云台带动侧向望远镜接收系统,对不同高度层下氮气和水汽分子的侧向振动拉曼散射回波光谱进行扫描探测,从而实现地表到感兴趣高度范围内无盲区的近地表大气水汽精细探测。在实验观测研究中,采用整段等距分辨率和分段等距分辨率两种探测模式,探测结果展示了两种转动方案均可实现从近地表到特定高度的大气水汽探测,特别是分段等距分辨率云台转动方案凭借可变分辨率的探测优势,在近地表区域实现了对大气水汽分布的精细探测。

关键词：激光雷达近地表大气水汽侧向振动拉曼散射无盲区探测俯仰扫描

基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化

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中国机械工程 2024年第4期35卷 614-623,635页

作者：胡福清孙江宏孙英杰孙雨彤马超周福强北京信息科技大学机电工程学院北京100192 清华大学机械电子工程研究所北京100084 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192

针对现有糕点切片机切片效率和质量低下的问题,进行基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化。首先对切片机构型设计及椭圆导轨长短径比和转速进行计算,然后进行运动学和静力学分析,接着分别在不同长短径比和转速动力学仿... 详细信息

针对现有糕点切片机切片效率和质量低下的问题,进行基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化。首先对切片机构型设计及椭圆导轨长短径比和转速进行计算,然后进行运动学和静力学分析,接着分别在不同长短径比和转速动力学仿真分析基础上,构建切刀的加速度均值和均方根值三次多项式拟合方程作为目标函数,利用NSGA-Ⅱ遗传算法进行长短径多目标参数优化及转速择优,最后搭建样机完成不同转速对比实验及玉米饼切片性能测试。结果表明,最优长短径和转速分别为190 mm、120 mm和20 r/min,优化后切刀效率提高75%,切刀进刀加速度的最大和平均误差分别减小26%和49%,退刀加速度的最大和平均误差分别减小60%和63%,玉米饼切面整齐美观,验证了设计的可行性。

关键词：切片机新型旋转-直线往复机构运动学分析多目标优化

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三次均匀B样条曲线高速实时插补研究

计算机集成制造系统 2008年第9期14卷 1830-1836页

作者：赵彤吕强张辉杨开明清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所北京100084

为满足复杂曲线高速和高精度的加工要求,研究了具有轨迹预读功能的三次均匀B样条曲线速度规划和插补算法。提出了"重叠拼接法",实现了相邻两条B样条曲线段的光滑连接;推导了插补钳制速度的计算公式,保证了加工精度,满足了系统的动态响... 详细信息

为满足复杂曲线高速和高精度的加工要求,研究了具有轨迹预读功能的三次均匀B样条曲线速度规划和插补算法。提出了"重叠拼接法",实现了相邻两条B样条曲线段的光滑连接;推导了插补钳制速度的计算公式,保证了加工精度,满足了系统的动态响应能力。在引入"规划单元"概念的基础上,将速度规划和插补设计成B样条曲线插值、规划单元划分、速度规划、规划单元插补四个并行计算的线程,解决了三次均匀B样条曲线高速加工的插补实时性问题。最后,在GT100数控系统中验证了算法的有效性。

关键词：高速加工三次均匀B样条插补实时控制加速度控制预读速度规划计算机数控系统

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基于贝叶斯网的制造工艺质量建模方法

计算机集成制造系统 2010年第12期16卷 2564-2569页

作者：董晔弘向东龙旦风刘畅段广洪清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所北京100084

针对多品种小批量制造模式下,工艺质量建模面临的模型维度高、数据稀疏的问题,提出了基于贝叶斯网的工艺质量建模方法。该方法以工艺机理知识为基础构建贝叶斯网结构,在构建时采用删除法保证结构的完备性与简洁性。设计实验获得均衡分... 详细信息

针对多品种小批量制造模式下,工艺质量建模面临的模型维度高、数据稀疏的问题,提出了基于贝叶斯网的工艺质量建模方法。该方法以工艺机理知识为基础构建贝叶斯网结构,在构建时采用删除法保证结构的完备性与简洁性。设计实验获得均衡分布的实验数据,并通过实验数据的学习获得条件概率表。在应用中,模型利用生产线的数据更新条件概率表,来体现生产过程中不确定性因素的影响。以印刷线路板微小孔钻孔工艺为例进行了建模方法的应用与对比,结果验证了该方法对多品种小批量制造工艺的质量建模具有适用性,并且能够获得更高的模型精度。

关键词：贝叶斯网工艺质量建模多品种小批量机理知识机器学习印刷线路板

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面向智能制造的微服务聚类与选择方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 109-116页

作者：王立平史慧杰王冬清华大学机械工程系北京100084 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731

智能制造要求工业软件能够实现敏捷开发,对工业软件应用微服务架构是当下重要的研究方向。为了提高开发效率,需要将微服务形式的功能组件发布在互联网中并构建微服务库进行管理,供用户根据需求挑选。面对用户日益复杂的业务需求,需要微... 详细信息

智能制造要求工业软件能够实现敏捷开发,对工业软件应用微服务架构是当下重要的研究方向。为了提高开发效率,需要将微服务形式的功能组件发布在互联网中并构建微服务库进行管理,供用户根据需求挑选。面对用户日益复杂的业务需求,需要微服务库能够将其所包含的大量微服务进行组合来拓展所能实现的功能。针对服务组合过程中的检索和选择2个环节,分别设计了基于微服务的功能需求与非功能需求的服务聚类和服务选择算法,在微服务库中选出最优的微服务组合提供给客户。实验结果表明,所提出的聚类与组合方法取得了良好的效果,提高了用户的满意度并实现了微服务的高效利用。

关键词：智能制造微服务服务聚类服务选择